HYSYS(하이시스)를 이용한 공정설계 p.64~85 연습문제 {단위조작 Valve, Pump, Expander, Compressor, Heat Exchanger(열교환기)}

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HYSYS(하이시스)를 이용한 공정설계 p.64~85 연습문제 {단위조작 Valve, Pump, Expander, Compressor, Heat Exchanger(열교환기)}에 대한 보고서 자료입니다.

목차

4. 단위조작
　3) Valve, Pump, Expander, Compressor

<연습문제>

4. 단위조작
　3) Valve, Pump, Expander, Compressor

<연습문제>

4. 단위조작
　4) Heat Exchanger (열교환기)

<연습문제>

4. 단위조작
　4) Heat Exchanger (열교환기)

<연습문제>

<연습문제>

본문내용

림과 같 이 스트림들을 연결한다. 연결이 끝나 면 다음으로 Parameter 탭으로 이동 한다.
⑥ parameter 탭에 들어가면 4종류의 열교환기 모델을 선택할 수 있다.
Exchanger Design (Weighted)모델 은 순수한 물질이 열교환기에서 상변 화가 있을 때 사용한다.
End Point 모델은 가열, 냉각 스트림 에 상변화가 없을시 사용한다.
Steady State Rating 모델은 End Point 모델을 확장한 것으로 추가적 으로 rating을 계산할 수 있다.
마지막 Dynamic Rating 모델은 동적 모사에서 사용한다. 이번에는 수증기 의 응축을 통해 유체를 가열하므로 처 음에 소개했던 Exchanger Design (Weighted) 모델을 사용한다. 또한 관 과 통 모두에서 열손실을 0으로 가정 한다.
⑦ 아직 계산이 완료되지 않았는데 wate
r out 스트림의 온도를 80℃ 로 입력 하면 모든 계산이 완료되어 왼쪽 그림 과 같은 결과가 도출된다.
⑧ 열교환기를 살펴보면 예제와 비슷한 Duty값을 얻을 수 있으며 UA값은 그림과 같이 1016 kJ/c.h를 얻는다. 또한 Worksheet 탭에서는 필요한 냉각수의 유량이 11.67 kg/h 임을 알 수 있다.
⑨ 마지막으로 Water out의 온도에 따른 냉각수의 유량을 알아보기 위해 Data Record를 사용한다. Data Record를 사용하여 온도를 60℃부터 20℃ 간격 으로 120℃까지 변화시키며 기록하면 왼쪽의 그림과 같은 답을 얻을 수 있 다.
<연습문제>
2. 천연가스생산플랜트에 780kmol/h의 유량에 94 mol% methane, 5 mol % eth
ane, 그리고 1 mol% propane을 성분으로 갖는 가스 스트림이 80℃, 2atm 상 태에 있다. 이 스트림은 추가적인 처리를 위해서 0~20º 사이로 냉각되어야 한 다. 같은 플랜트 내에 10 mol % methane, 35 mol % ethane, 45 mol % pr
opane, 나머지는 n-butane으로 구성된 액체 스트림이 있다. 이 스트림은 25 atm -20℃상태에 있으며 2℃내외까지는 가열이 가능하고, 유량은 8.1 kg/s에 서 12.2 kg/s의 범위에서 변할 수 있다. 다관원통형 교환기 블록을 이용하여 하나의 열교환기만으로 원하는 열전달을 할 수 있는지 확인해보아라. 가스 스트 림은 15kPa의 압력손실로 통쪽을 통과해야 하며 액체 스트림은 50kPa의 압력 손실로 관을 통과한다.
① 먼저 문제에 나와있는대로 첫 번째 Component는 Methane, Ethane, P
ropane을 입력하고 두 번째 Compo
-nent는 Methane, Ethane, Propan
e, n-butane을 입력한다.
② 각각의 물성패키지는 Peng-Robinso
n으로 지정한다.
③ 그림과 같이 스트림 4개를 생성한다. 추가적으로 parameter로 들어가서 가스 스트림의 압력손실을 15kPa, 액 체스트림의 압력손실을 50kPa로 지정 해준다.
④ 그림과 같이 각 스트림별로 주어진 온 도, 압력, 유량등을 넣고 문제에 주어 진대로 Composition을 지정한다. 다 음으로 끓는점으로부터 2℃ 내외까지 가열이 가능하다고 했으므로 끓는점을 먼저 찾는다.
⑤ 끓는점을 찾기 위해 그림과 같이 Case Studies를 실행 시켜서 결과값 을 찾는다. 결과 1.75℃에서부터 vapour faction이 증가하는 것을 볼 수 있고 끓는점이 1.75℃ 라는 것을 알 수 있다.
⑥ 이제 액체 out 스트림의 온도는 끓는 점은 1.75℃로 입력하고 그림과 같이 유입되는 액체의 유량에 따른 가스 out스트림의 온도를 Case Studies를 통해서 찾아본다.
최소 유량은 8.1kg/s, 최대유량은 12.2kg/s 그리고 간격은 0.1kg/s로 입력하고 결과를 분석하면 다음과 같 이 나온다.
⑦ 그래프와 Table을 분석해보면 8.6 kg/s 일 때 온도가 19.29℃ 인 것을 볼 수 있다. 또한 11.2 kg/s일 때 온도가 0.09947℃ 인 것을 볼 수 있다. 그렇기 때문에 8.6 kg/s ~ 11.2 kg/s 사이 의 유량으로 끓는점의 액체가 나갈 수 있다. 끓는점으로부터 2℃ 내외까지 가열이 가능하다고 했기 때문에 그 점을 고려하면 값이 조금은 차이가 나겠지만 주어진 조건에서 하나의 열교환기 로 가능한 공정임을 확인할 수 있다.
<연습문제>
3. 메탄올과 이소프로판올(HYSYS에서는 2-propanol이라고 불림)을 분리하는 증 류탑에 장착될 응축기를 기초 설계하려한다. 유출액 스트림의 메탄올 질량 분율 은 0.9이다. 응축기를 떠나는 스트림은 최대 유량 40kg/h을 가질 수 있으며 과 냉각된(포화 액체상태의 온도보다 5℃ 더 낮은) 액체 상태이어야 한다. 50psig 에서 냉각수는 10℃로 존재하고 열교환기 관쪽에서 사용될 것이다. 공정 스트림 의 응축과 과냉각을 위해 필요한 냉각수의 유량을 결정하라. 열교환기 관, 통쪽 모두 압력손실을 없다고 가정한다.
① 그림과 같이 Component에 Methanol 과 2-propanol을 추가하고 또 하나의 Component로 물을 추가한다. 물성패 키지는 각각 PRSV와 ASME stream 을 사용한다.
② 그림과 같이 열교환기와 스트림을 지 정해준다. parameter 탭에서 상변화 가 있으므로 Exchanger Design (Wei
-ghted)를 선택하고 압력손실을 0으로 지정해준다.
③ 다음으로 주어진 조건대로 water_in 스트림의 온도와 압력, Composition 을 지정하고 in 스트림의 최대유량과 압력을 1기압으로 가정하고 Compos
ition을 입력한다. 마지막으로 out 스 트림과 in 스트림의 vapour값을 0과 1로 지정하면 그림처럼 out 스트림의 온도가 68.55℃가 나온다. 이 온도가 포화액체의 온도임을 알 수 있다.
④ out 스트림이 포화액체보다 5℃낮아야 하므로 63.55℃를 입력하고 각각의 vapour을 입력하면 그림과 같은 결과 값이 나온다. 냉각수는 18.37kg/h 의 유량으로 들어가야 한다.

키워드

HYSYS,   하이시스,   공정설계,   연습문제,   부산대,   단위조작,   열교환기,   HYSYS 이용한 공정설계